FR2841656A1 - SCANNER FOR THE OPTICAL DETECTION OF OBJECTS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un scanneur pour la détection optique d'objets muni d'un émetteur qui émet un rayon d'émission pulsé dont le balayage circulaire est assuré par un dispositif déflecteur de lumière rotatif, et muni d'un dispositif de réception qui perçoit le rayon d'émission par l'intermédiaire du déflecteur de lumière et projette sur un capteur de réception photosensible les taches lumineuses produites lors de l'incidence du rayon d'émission sur des objets, caractérisé en ce qu'est prévu dans la trajectoire du rayon d'émission (12) un dispositif optique (13) qui déploie le rayon d'émission (12) en éventail pour obtenir un rayon d'émission de section rayée (120), le dispositif optique (13) étant couplé en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière (14), et en ce que le dispositif de réception (19) est muni d'un capteur de réception plan (22) avec plusieurs champs de réception (30, 31a, 31b) séparés qui, pour les différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière, sont affectés à des sections longitudinales définies (120a, 120b, 120c) de la section rayée (120) du rayon d'émission.The present invention relates to a scanner for the optical detection of objects provided with an emitter which emits a pulsed emission ray, the circular scanning of which is ensured by a rotating light deflector device, and provided with a receiving device which perceives the emission ray through the light deflector and projects onto a photosensitive reception sensor the light spots produced during the incidence of the emission ray on objects, characterized in that it is provided in the path of the emission ray (12) an optical device (13) which spreads the emission ray (12) fan-shaped to obtain an emission ray of striped section (120), the optical device (13) being coupled in synchronous rotation with the light deflector device (14), and in that the receiving device (19) is provided with a flat receiving sensor (22) with several separate receiving fields (30, 31a, 31b) which, for different angular positions of the device if the light deflector, are assigned to defined longitudinal sections (120a, 120b, 120c) of the striped section (120) of the emission beam.
Description
SCANNEUR POUR LA DETECTION OPTIQUE D'OBJETSSCANNER FOR THE OPTICAL DETECTION OF OBJECTS
L'invention concerne un scanneur pour la détection optique d'objets muni d'un émetteur qui émet un rayon d'émission pulsé dont le balayage circulaire est assuré par un dispositif déflecteur de lumière rotatif, et muni d'un dispositif de réception qui perçoit le rayon d'émission par l'intermédiaire du déflecteur de lumière et projette sur un capteur de réception photosensible les taches lumineuses produites lors de l'incidence du rayon d'émission sur des objets Des scanneurs génériques sont notamment utilisés pour la mesure de distances et la reconnaissance d'objets à l'intérieur d'une zone surveillée, par exemple The invention relates to a scanner for the optical detection of objects provided with a transmitter which emits a pulsed emission ray, the circular scanning of which is ensured by a rotating light deflector device, and provided with a receiving device which perceives the emission ray via the light deflector and projects on a photosensitive reception sensor the light spots produced during the incidence of the emission ray on objects Generic scanners are used in particular for measuring distances and recognizing objects inside a monitored area, for example
à l'avant de véhicules.at the front of vehicles.
Les scanneurs génériques présentent un émetteur de lumière qui génère un rayon d'émission ponctuel pulsé dont le balayage circulaire est assuré par un dispositif déflecteur de lumière rotatif. Ils sont par ailleurs munis d'un dispositif de réception qui perçoit le rayon d'émission par l'intermédiaire du déflecteur de lumière et projette sur un capteur de réception photosensible les taches lumineuses produites lors de Generic scanners have a light emitter which generates a pulsed punctual emission ray whose circular scanning is ensured by a rotating light deflector device. They are also fitted with a reception device which perceives the emission ray via the light deflector and projects the light spots produced during
l'incidence du rayon d'émission sur un objet. the incidence of the emission radius on an object.
Avec les scanneurs génériques, les angles d'émission et les temps de propagation des impulsions entre l'émetteur et le dispositif de réception permettent de déterminer une ou plusieurs distances par rapport à des objets ainsi que le profil de ces objets. Pour ce faire, une unité d'interprétation programmée en conséquence est nécessaire, cette unité pouvant soit être également intégrée au scanneur, soit être installée par exemple dans un ordinateur séparé équipant le véhicule et relié à With generic scanners, the transmission angles and the propagation times of the pulses between the transmitter and the reception device make it possible to determine one or more distances from objects as well as the profile of these objects. To do this, an interpretation unit programmed accordingly is necessary, this unit can either be integrated into the scanner, or be installed for example in a separate computer fitted to the vehicle and connected to
plusieurs scanneurs de véhicules.several vehicle scanners.
Un inconvénient de la construction générique décrite est qu'elle ne permet de mesurer des objets que A disadvantage of the generic construction described is that it only allows objects to be measured
dans un plan.in a plan.
L'objectif de la présente invention est donc, partant de l'état actuel de la technique, de proposer à des frais minimes un scanneur permettant une saisie The objective of the present invention is therefore, starting from the current state of the art, to propose at minimal cost a scanner allowing a seizure
tridimensionnelle de son entourage.three-dimensional environment.
Cet objectif est atteint avec un scanneur qui présente dans la trajectoire du rayon d'émission un dispositif optique qui déploie le rayon d'émission en éventail pour obtenir un rayon d'émission de section rayée, le dispositif optique étant couplé en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière, et en ce que le dispositif de réception est muni d'un capteur de réception plan avec plusieurs champs de réception séparés qui, pour les différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière, sont affectés à des sections longitudinales définies de la section rayée du This objective is achieved with a scanner which presents in the trajectory of the emission ray an optical device which deploys the emission ray in a fan to obtain a ray of emission of striped section, the optical device being coupled in synchronous rotation with the light deflection device, and in that the reception device is provided with a flat reception sensor with several separate reception fields which, for the different angular positions of the light deflection device, are assigned to defined longitudinal sections of the striped section of
rayon d'émission.emission radius.
Conformément à l'invention, il est prévu d'agencer dans la trajectoire du rayon d'émission un dispositif optique qui déploie en éventail le rayon d'émission pour lui donner une section rayée. On obtient ainsi très simplement un rayon d'émission qui, avec une orientation correspondante, par exemple verticale, de sa section rayée, peut balayer des objets selon trois According to the invention, it is planned to arrange in the trajectory of the emission ray an optical device which deploys in a fan the emission ray to give it a striped section. We thus very simply obtain an emission radius which, with a corresponding orientation, for example vertical, of its striped section, can scan objects according to three
dimensions.dimensions.
Conformément à l'invention, il est prévu dans cet ordre d'idées que le dispositif optique qui peut, par exemple, être une lentille cylindrique soit couplé en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière qui assure le balayage du rayon d'émission. Un tel couplage, par exemple réalisable par un assemblage rigide du dispositif déflecteur de lumière et du dispositif optique, garantit que l'orientation du rayon d'émission (par rapport à l'axe de rotation) soit maintenue constante quels que soient les angles de balayage. Un rayon d'émission avec par exemple une orientation verticale de sa section rayée conserve cette orientation pendant la rotation du dispositif déflecteur de lumière de sorte que le balayage d'une zone angulaire d'élévation constante est assurée pour les différents angles d'émission du rayon d'émission. Dans cet ordre d'idées et concernant le balayage stéréoscopique d'objets souhaité, il va de soi que les positionnements respectifs du dispositif optique et du dispositif déflecteur de lumière doivent être tels que la section rayée du rayon d'émission ne soit pas parallèle au plan de balayage mais forme un angle avec celui-ci. Conformément à l'invention est en outre prévu un dispositif de réception qui projette sur un capteur de réception les bandes lumineuses produites lors de l'incidence du rayon d'émission sur des objets (ou, pour les objets qui ne sont balayés que par des segments du rayon d'émission, les segments de bandes lumineuses produits en conséquence). Le capteur de réception présente plusieurs champs de réception exploitables séparément et affectés, pour les différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière, à des sections longitudinales définies de la section rayée du rayon d'émission. Dans le cas de la construction décrite du scanneur conforme à l'invention, la rotation de la projection de la bande lumineuse sur le capteur de réception est synchrone à celle du dispositif déflecteur According to the invention, it is provided in this order of ideas that the optical device which can, for example, be a cylindrical lens is coupled in synchronous rotation with the light deflecting device which ensures the scanning of the emission ray. Such a coupling, for example achievable by a rigid assembly of the light deflecting device and the optical device, guarantees that the orientation of the emission radius (relative to the axis of rotation) is kept constant whatever the angles of scanning. An emission ray with for example a vertical orientation of its striped section retains this orientation during the rotation of the light deflector device so that the scanning of an angular zone of constant elevation is ensured for the different emission angles of the emission radius. In this connection and concerning the stereoscopic scanning of desired objects, it goes without saying that the respective positions of the optical device and of the light deflecting device must be such that the striped section of the emission ray is not parallel to the scan plane but forms an angle with it. In accordance with the invention, there is further provided a reception device which projects onto a reception sensor the light bands produced during the incidence of the emission ray on objects (or, for objects which are scanned only by Emission radius segments, segments of light bands produced accordingly). The reception sensor has several reception fields which can be used separately and assigned, for the different angular positions of the light deflecting device, to defined longitudinal sections of the striped section of the emission radius. In the case of the described construction of the scanner according to the invention, the rotation of the projection of the light strip on the reception sensor is synchronous with that of the deflector device
de lumière.from light.
On peut, de ce fait, par exemple envisager comme capteur de réception une ligne de diodes en rotation synchrone avec le dispositif déflecteur de lumière. Une telle construction est cependant relativement dispendieuse. Une forme particulièrement préconisée de l'invention prévoit de ce fait un agencement non rotatif It is therefore possible, for example, to envisage as a reception sensor a line of diodes in synchronous rotation with the light deflecting device. Such a construction is however relatively expensive. A particularly recommended form of the invention therefore provides a non-rotating arrangement
du capteur de réception dans le scanneur. of the reception sensor in the scanner.
Un capteur de réception approprié à une telle construction pourrait par exemple présenter un grand nombre de diodes de réception dont seul un faible pourcentage serait adressé aux différentes positions angulaires du dispositif déflecteur de lumière. Si une telle solution est théoriquement concevable, la réalisation d'une construction correspondante serait A reception sensor suitable for such a construction could for example have a large number of reception diodes of which only a small percentage would be addressed to the different angular positions of the light deflecting device. If such a solution is theoretically conceivable, the realization of a corresponding construction would be
cependant extrêmement dispendieuse. however extremely expensive.
Une autre forme préconisée de l'invention prévoit de ce fait que le capteur de réception non rotatif présente des champs de réception couvrant chacun une section angulaire définie du dispositif déflecteur de lumière. Une forme particulièrement préconisée de l'invention prévoit un premier champ de réception intérieur circulaire concentriquement cerné par au moins deux champs de réception extérieurs en forme de section d'anneau circonscrivant chacun un angle de 1800 au maximum. Avec un capteur de réception ainsi subdivisé en trois champs de réception on peut, pour tous les angles de balayage, découper le rayon d'émission rayé en trois Another recommended form of the invention therefore provides that the non-rotary reception sensor has reception fields each covering a defined angular section of the light deflecting device. A particularly recommended form of the invention provides a first circular internal reception field concentrically surrounded by at least two external reception fields in the form of a ring section each circumscribing an angle of 1800 at most. With a reception sensor thus subdivided into three reception fields, it is possible, for all scanning angles, to cut the radiated emission ray into three
sections longitudinales.longitudinal sections.
Il va de soi que "l'anneau concentrique" entourant le champ de réception central peut présenter plus de deux champs de réception, par exemple quatre champs plus petits couvrant chacun une section angulaire de 900. Le nombre de champs à prévoir est une question d'optimisation, selon que l'on peut ou non tolérer les effets perturbateurs plus importants lorsque les champs sont plus grands ou qu'il faut pallier à ces effets par It goes without saying that the "concentric ring" surrounding the central reception field can have more than two reception fields, for example four smaller fields each covering an angular section of 900. The number of fields to be provided is a question of '' optimization, depending on whether or not we can tolerate the more significant disturbing effects when the fields are larger or whether we must compensate for these effects by
une réduction des dimensions des champs. a reduction in the dimensions of the fields.
Il est par ailleurs possible sans problème le nombre de champs annulaires concentriques périphériques constitués d'au moins deux surfaces partielles. On peut de cette façon avoir une résolution du rayon d'émission en un It is also possible without problem the number of peripheral concentric annular fields consisting of at least two partial surfaces. In this way we can have a resolution of the emission radius in one
nombre d'autant plus grand de sections longitudinales. even greater number of longitudinal sections.
Bien évidemment, l'invention ne se limite pas à des capteurs de réception agencés sous forme d'anneaux concentriques. D'autres formes sont également envisageables, par exemple des champs polygonaux etc. Le dispositif de réception conforme à l'invention permet d'obtenir une résolution élevée avec un très petit nombre de champs de réception séparés. Dans le cas le plus simple, le nombre de champs de réception peut correspondre exactement au nombre des sections longitudinales prévues pour la résolution du rayon d'émission. Le scanneur conforme à l'invention permet ainsi, avec une construction fort peu dispendieuse, une Obviously, the invention is not limited to reception sensors arranged in the form of concentric rings. Other shapes are also possible, for example polygonal fields etc. The reception device according to the invention makes it possible to obtain a high resolution with a very small number of separate reception fields. In the simplest case, the number of reception fields may correspond exactly to the number of longitudinal sections provided for the resolution of the emission radius. The scanner according to the invention thus allows, with a very inexpensive construction, a
reconnaissance tridimensionnelle d'objets. three-dimensional recognition of objects.
Ci-après, nous expliquerons de façon plus détaillée l'invention à l'aide de deux illustrations qui représentent respectivement Fig. 1 une vue schématique des composantes essentielles du scanneur conforme à l'invention; Fig. 2 une vue de dessus d'une forme de réalisation d'un capteur de réception pouvant être utilisé Hereinafter, we will explain in more detail the invention with the aid of two illustrations which respectively represent FIG. 1 a schematic view of the essential components of the scanner according to the invention; Fig. 2 a top view of an embodiment of a reception sensor which can be used
dans le scanneur conforme à l'invention. in the scanner according to the invention.
La fig. 1 représente un scanneur 10 muni d'un Fig. 1 shows a scanner 10 provided with a
émetteur 11 pouvant par exemple être une diode laser. transmitter 11 which can for example be a laser diode.
L'émetteur 11 émet un rayon 12 pulsé. Dans la trajectoire du rayon d'émission 12 est prévue une lentille cylindrique 13 qui déploie le rayon d'émission 12 en éventail pour obtenir un rayon d'émission à section rayée 120. Le rayon d'émission en éventail 120 est projeté sur un miroir tournant 14 lequel assure le balayage circulaire du rayon d'émission 120. Le miroir tournant 14 est mis en rotation autour d'un axe 15 par un entraînement 21, les différentes positions angulaires du miroir tournant 14 étant The transmitter 11 emits a pulsed ray 12. In the trajectory of the emission ray 12 is provided a cylindrical lens 13 which deploys the emission ray 12 in a fan to obtain a ray of emission with a striped section 120. The emission ray in fan 120 is projected on a mirror rotating 14 which ensures the circular scanning of the emission radius 120. The rotating mirror 14 is rotated about an axis 15 by a drive 21, the different angular positions of the rotating mirror 14 being
déterminées à l'aide d'un codeur angulaire 16. determined using an angle encoder 16.
Le rayon d'émission 120 déployé en éventail peut maintenant balayer des objets non représentés, produisant ainsi une tache lumineuse rayée projetée par une lentille convexe 18 sur un capteur de réception 22 plan fixe dans le dispositif de réception 19 du rayon The emission ray 120 deployed in a fan can now scan unrepresented objects, thus producing a striped light spot projected by a convex lens 18 on a fixed plane reception sensor 22 in the reception device 19 of the ray
d'émission 120.120.
Un aspect essentiel de la construction représentée est le fait que la lentille cylindrique 13 est reliée au miroir 14 par une attache 20 de façon à tourner avec celui-ci en rotation synchrone. On assure ainsi que le rayon d'émission 120 rayé conserve son orientation An essential aspect of the construction shown is the fact that the cylindrical lens 13 is connected to the mirror 14 by a clip 20 so as to rotate with the latter in synchronous rotation. It is thus ensured that the radiated emission ray 120 retains its orientation
pendant la rotation du miroir 14.during the rotation of the mirror 14.
Comme nous l'avons déjà évoqué plus haut, le dispositif de réception 19 génère en règle générale une projection de raies 17 sur le capteur de réception 22, As we have already mentioned above, the reception device 19 generally generates a projection of lines 17 on the reception sensor 22,
cette projection 17 tournant avec le miroir tournant 14. this projection 17 rotating with the rotating mirror 14.
Pour pouvoir analyser de façon satisfaisante et avec une construction simple cette projection de raies 17 dans les différentes positions angulaires du miroir 14, il est prévu que le capteur de réception 22 présente plusieurs champs de réception affectés chacun à des sections longitudinales 120a, 120b, 120c de la section rayée du To be able to analyze satisfactorily and with a simple construction this projection of lines 17 in the different angular positions of the mirror 14, it is provided that the reception sensor 22 has several reception fields each assigned to longitudinal sections 120a, 120b, 120c of the striped section of
rayon d'émission 120 et à des angles de balayage définis. 120 emission radius and at defined scanning angles.
Le capteur de réception 22 conforme à la fig. 2 présente un champ de réception intérieur circulaire central 30 et deux champs de réception extérieurs en forme de section d'anneau 31a et 31b cernant chacun un angle de 1800 et formant ensemble un anneau concentrique au segment circulaire intérieur 30. Dans la construction représentée, le champ circulaire central 30 est centré par rapport au dispositif de réception 19 et l'anneau périphérique constitué de deux champs de réception 3la et 31b a un The reception sensor 22 according to FIG. 2 presents a central circular interior reception field 30 and two external reception fields in the form of a ring section 31a and 31b each surrounding an angle of 1800 and together forming a ring concentric with the internal circular segment 30. In the construction shown, the central circular field 30 is centered relative to the receiving device 19 and the peripheral ring consisting of two receiving fields 3la and 31b has a
rayon constant.constant radius.
Dans la construction représentée, le champ de réception central est affecté à la section longitudinale 120b du rayon d'émission 120 sur la totalité de l'angle de balayage (3600) du rayon d'émission 120. Les champs de réception 31a, 31b sont alternativement affectés aux sections longitudinales 120a ou 120c, un changement ayant lieu tous les 1800 lors du balayage du rayon d'émission 120. La réalisation représentée rend possible avec une construction particulièrement simple la résolution en trois sections longitudinales du rayon d'émission 120 observé par le dispositif de réception 19 pour tous les In the construction shown, the central reception field is assigned to the longitudinal section 120b of the emission radius 120 over the entire scanning angle (3600) of the emission radius 120. The reception fields 31a, 31b are alternately assigned to the longitudinal sections 120a or 120c, a change taking place every 1800 during the scanning of the emission radius 120. The embodiment shown makes possible with a particularly simple construction the resolution in three longitudinal sections of the emission radius 120 observed by the receiving device 19 for all
angles de balayage.scanning angles.
En relation avec les données fournies par le codeur angulaire 16, le scanneur représenté permet In relation to the data provided by the angular encoder 16, the scanner shown allows
d'établir un profil stéréoscopique d'objets. establish a stereoscopic profile of objects.
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